【正文】 量級的三次方成比例，而電機(jī)散熱面的量級只是電機(jī)線度量級的二次方。電機(jī)磁極數(shù)由 4極到 60 極，甚至更多。勵磁繞組通常用扁銅線繞制而成。凸極式轉(zhuǎn)子可分為臥式和立式兩類。立式結(jié)構(gòu)必須用推力軸承承擔(dān)機(jī)組轉(zhuǎn)動部分的重力和水向下的壓力。傘式的推力軸承放在轉(zhuǎn)子下部的下機(jī)架上或水輪機(jī)頂蓋上。否則，并聯(lián)合閘的瞬間，各發(fā)電機(jī)之間會產(chǎn)生內(nèi)部環(huán)流，引起擾動，嚴(yán)重時甚至?xí)拱l(fā)電機(jī)遭受破壞。同步發(fā)電機(jī)在投入并聯(lián)運(yùn)行以后，各機(jī)負(fù)載的分配決定于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性。在兩機(jī)電壓相位差不超過 10176。采用自同步并聯(lián)時，由于減少了調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、電壓和選擇合閘瞬間所需的時間，所以并列的過程較快，特別適宜于電力系統(tǒng)事故情況華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3下機(jī)組的緊急投入。這種發(fā)展的條件在于美國汽車工程師學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)將飛輪和飛輪殼標(biāo)準(zhǔn)化，新機(jī)床的出現(xiàn)與所達(dá)到的高加工精度和采用的高質(zhì)量材料，使單軸承電機(jī)能聯(lián)接。我國衛(wèi)星通信地面站、通信樞紐等重要部門的備用電源，均采用 SR4 系列發(fā)電機(jī)。它對邊（疆）老（區(qū)）貧（窮）地區(qū)實現(xiàn)電氣化，提高該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人民的生活水平有著重要的作用，中小型發(fā)電機(jī)在船舶、現(xiàn)代電氣化火車內(nèi)燃機(jī)車等運(yùn)輸設(shè)備中也是一個關(guān)鍵設(shè)備。我國小型同步發(fā)電機(jī)的第一代產(chǎn)品是 1956 年電工局在上海組織的統(tǒng)一設(shè)計，并于1957 年完成的 TSN、TSWN 系列農(nóng)用水輪發(fā)電機(jī)。進(jìn)入八十年代末、九十年代初，隨著我國改革開放不斷發(fā)展，我國的電機(jī)行業(yè)的部分企業(yè)開始引進(jìn)先進(jìn)工業(yè)國的中小型同步發(fā)電機(jī)，有的按生產(chǎn)許可證方式進(jìn)行技術(shù)引進(jìn)，有的引進(jìn)軟件技術(shù)（或生產(chǎn)技術(shù)） ，有的按合作生產(chǎn)方式引進(jìn)國外的先進(jìn)技術(shù)，其先后有德國西 門子公司的 IFC5 和 IFC6 系列、德國 AEG 公司的 DKBH 系列、英國彼特普公司E 系列、美國馬拉松公司的 MP 系列發(fā)電機(jī)、英國的斯坦福公司 BC、HC 系列等發(fā)電機(jī)，這些發(fā)電機(jī)的絕緣等級為 F 級或 H 級，采用隱極式或整體凸級結(jié)構(gòu)，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較先進(jìn)，可靠性較高，其制造工藝水平較先進(jìn)，這些產(chǎn)品的引進(jìn)，對提高我國的中小型發(fā)王艷蘋：三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行仿真及 GUI 設(shè)計4電機(jī)水平和制造工藝水平有較大的促進(jìn)作用。蘭州電機(jī)廠在引進(jìn)德國 AEG 公司 DKBH 系列基礎(chǔ)上，90 年代中期，又開發(fā)了自己的新一代產(chǎn)品。無級調(diào)速中小同步電動機(jī)、中頻發(fā)電機(jī)、油田鉆井電站發(fā)電機(jī)及海上石油平臺專用發(fā)電機(jī)等。然后對三相同步發(fā)電機(jī)仿真的應(yīng)用方法進(jìn)行介紹與分析。華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5第二章 三相同步發(fā)電機(jī)的基本原理 三相同步電機(jī)的運(yùn)行原理同步發(fā)電機(jī)和其它類型的旋轉(zhuǎn)電機(jī)一樣，由固定的定子和可以旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成。 轉(zhuǎn)子鐵心上裝有制成必定形狀的成對磁極，磁極上繞有勵磁繞組，通以直流電流時，將會在電機(jī)的氣隙中形成極性相間的散布磁場，稱為勵磁磁場(也稱主磁場、轉(zhuǎn)子磁場)。所謂的同步就是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速等于定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速。+++sRd??1L139。kqV239。i（ a ） q 軸 電 路++sRd??1L+39。fdV39。imddVdi( b ) d 軸 電 路 同步電機(jī)原理等效電路王艷蘋：三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行仿真及 GUI 設(shè)計6 工作特性 表征同步發(fā)電機(jī)性能的主要是空載特性和負(fù)載運(yùn)行特性。但是，由于電機(jī)磁路鐵心有飽和現(xiàn)象，所以兩者不成正比。為了合理地利用材料，空載額定電壓 UN 一般設(shè)計在空載特性的彎曲處。 （2）負(fù)載運(yùn)行特性 　負(fù)載運(yùn)行特性主要指外特性和調(diào)整特性。為此，隨著負(fù)載電流的增大，必須相應(yīng)地調(diào)整勵磁電流。同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)磁場與轉(zhuǎn)子勵磁磁場均可近似地認(rèn)為都按正弦規(guī)律分布，它們之間的空間相位差取決于空載電動勢 E0 與電樞電流 I 之間的時間相位差。一、電勢方程式負(fù)載后，發(fā)電機(jī)電樞繞組中存在的電勢：① 由 產(chǎn)生的 ；fF?0E?② 由 產(chǎn)生的 ；aa③ 由 產(chǎn)生的 ；ss④ 電樞電阻很小，其壓降可以忽略。sa0sajI?；二、電勢相量圖同步電機(jī)理論中，用電勢相量圖來進(jìn)行分析是十分重要和方便的方法。X? 0E?ABCaI? sajXI?U???? 圖 隱極電機(jī)向量圖(2)凸極電機(jī)相量圖畫法（如圖 ）① 在水平方位作出相量 錯開 j 角作 ；U?aI?② 在 的尾端加上相量 ，超前于 90176。二、同步發(fā)電機(jī)不對稱運(yùn)行帶來的危害同步發(fā)電機(jī)在不對稱負(fù)載下運(yùn)行時，電樞電流和端電壓都將出現(xiàn)不對稱現(xiàn)象，使接到電網(wǎng)上的變壓器和電動機(jī)運(yùn)行情況變壞，效率降低，同時也對發(fā)電機(jī)本身以及電網(wǎng)帶來一些不良后果，因此對同步發(fā)電機(jī)不對稱負(fù)載的程度有一定限制。 同步發(fā)電機(jī)的不對稱分析實例華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9單相對中點短路規(guī)定正方向如圖 所示。 （20120220()AAAAEEIIjjxx???????????3）AU?B? CU?CI?AI?BI? 1kI?AB圖 單相中點短路簡圖1x～?AE?IU2x?A?I0AI?Ux 單相中點短路的等效電路王艷蘋：三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行仿真及 GUI 設(shè)計10 （2112033()AkAEIjx??????4） (25)2022202202212()()()AAA AAA xUEjxEj xjx???? ?????????????? ??? (26) ???20202201ABAAEUUxx????????????? (27)20 220220ACAA????????兩相間短路 規(guī)定正方向如圖 所示。其代碼編寫工程與數(shù)學(xué)推導(dǎo)構(gòu)成的格式很接近，使得編程更加直觀和方便?，F(xiàn)在，90%以上的應(yīng)用程序和軟件都是在圖形用戶接口下運(yùn)行的，而且各種高級語言也都發(fā)展成面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言，通過這些高級語言設(shè)計出的程序和軟件，直接給出圖形用戶接口的開發(fā)環(huán)境。MATLAB 作為最強(qiáng)大的科學(xué)計算軟件，同樣提供了創(chuàng)建圖形用戶接口的功能，尤其是該軟件開發(fā)到 MATLAB（R13）版本，圖形用戶接口功能得到了相當(dāng)大程度的增強(qiáng)和改進(jìn)。GUI 創(chuàng)建方法：（1） 利用 GUIDE 創(chuàng)建 GUI（生成兩個檔：fig 文件和 M 文件） ；（2） 利用編程創(chuàng)建 GUI（只生成 M 文件） 。設(shè)計接口應(yīng)經(jīng)量減少窗口數(shù)目，力避在不同窗口之間進(jìn)行來回切換。（3）習(xí)常性設(shè)計新接口時，應(yīng)盡量使用人們所熟悉的標(biāo)志和符號。王艷蘋：三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行仿真及 GUI 設(shè)計14GUI 的一般制作步驟：（1）分析接口所要求實現(xiàn)的主要功能，明確設(shè)計任務(wù)；（2）在稿紙上繪出接口草圖，并站在使用者的角度來審查草圖；（3）按構(gòu)思的草圖，上機(jī)制作（靜態(tài)）接口，并檢查之；（4）編寫接口動態(tài)功能的程序，對功能進(jìn)行逐項檢查。它外表以方塊圖形呈現(xiàn)，且采用分層結(jié)構(gòu)。在 Simulink 的環(huán)境中，用戶可以在仿真進(jìn)程中改變感興趣的參數(shù)，實時觀察系統(tǒng)行為的變化。即在 MATLAB 的命令窗口直接鍵入如下命令：simulink（2）使用工具欄按鈕啟動，即用鼠標(biāo)單擊 MATLAB 工具欄中的 Simulink 按鈕。選用不同的坐標(biāo)系統(tǒng)，仿真模型將具有不同的形式。09華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15由于 dqo 坐標(biāo)系統(tǒng)具有使電機(jī)電路方程中的參數(shù)恒為常數(shù)，方程簡化，適合多機(jī)系統(tǒng)模型等優(yōu)點，電力系統(tǒng)分析與計算中最廣泛采用 dqo 坐標(biāo)系統(tǒng)。Park 轉(zhuǎn)換，也稱派克變換，英文為 Park transformation，為現(xiàn)在占主流地位的交流電機(jī)分析計算時的基本變換。對于穩(wěn)態(tài)來說，這么一等效之后，iq ，id 正好就是一個常數(shù)了。建立同步電機(jī)基本方程時，主要假設(shè)條件是設(shè)同步電機(jī)為理想電機(jī)，即忽略飽和等非線性現(xiàn)象以及假定電樞繞組是正弦分布的。根據(jù)迭加原理，可以將任一線圈中的所有電壓分量迭加起來得到該線圈的合成電壓。還假定空間基波磁通勢由于磁路磁阻不均勻所產(chǎn)生的諧波磁通也不在繞組中感應(yīng)任何電壓。39。dkdkfktVRi???5） （311139。39。)。 39。39。?首先建立發(fā)電機(jī)的電壓方程，即 （3ULpiGRi???8）其中： 0dqfdBUuu????? fkqiiii00 0000()sin()cosinsicosd adadq aqa fd adDdaq Qqd aadLLLLLLL????? ?? ???? ??? ?? ?華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1700000000()cos()sincossinq aqd adadddadadaqLLLGLLLL????? ?? ???? ????? ?fdkqrRr??????????然后根據(jù)具體的短路情況，可得到相應(yīng)的約束條件，根據(jù)約束條件轉(zhuǎn)換到 系統(tǒng)，0dq?得到相應(yīng)的參數(shù)，代入電壓方程進(jìn)行仿真運(yùn)算即可得到相應(yīng)的仿真波形。（2）選擇類型后，又對應(yīng)窗口顯示該類型實驗的項目。所以該設(shè)計在能夠顯示波形的前提下增加了一些其他功能。 構(gòu)建過程及具體步驟一、建立登陸界面在 GUI 中選擇所要添加的控件，設(shè)置屬性，排版后，在 M 文件中添加需要實現(xiàn)的功能，點擊運(yùn)行，具體界面如下圖 。當(dāng)選擇相應(yīng)的電機(jī)類型，在框 2 中會出現(xiàn)相對應(yīng)的運(yùn)行特性，任意選擇運(yùn)行特性后，在說明框中會顯示相應(yīng)的說明，并且只有同時選中電機(jī)類型和仿真類型，運(yùn)行按鈕才會被激活，實現(xiàn)其相應(yīng)的仿真。王艷蘋：三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行仿真及 GUI 設(shè)計20 圖 登陸界面圖 主界面華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 21三、建立仿真界面對于 M 文件形式的仿真通過 GUI 建立仿真界面，然后在相應(yīng)的控件下加入仿真的對象。圖 同步發(fā)電機(jī)仿真界面對圖 頂部菜單只有 GUI 本身有的 figure 功能。當(dāng)框一為無阻尼繞組情況時，也能實現(xiàn)框二相應(yīng)的仿真。對圖 除了 GUI 自有的 figure 功能外，在頂部菜單中加入了 option，其子菜單包括Box 和 Color?？丶?Grid on 與 Grid off 對坐標(biāo)軸實現(xiàn)網(wǎng)格和去除網(wǎng)格功能。 圖 異步電機(jī)仿真界面圖 是 simulink 建立的仿真 Model，Subsystem 是構(gòu)建的模型，Scope 是示波器，顯示仿真波形。（1）同步發(fā)電機(jī)三相短路如圖 。 （a）無阻尼 （b）有阻尼圖 負(fù)載單相短路仿真結(jié)果同步發(fā)電機(jī)：短路發(fā)生時，同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行都出現(xiàn)振蕩不穩(wěn)定過程，經(jīng)過一定時間后，同樣會達(dá)到了一個新的穩(wěn)定過程；各種短路情況的有阻尼與無阻尼相比較，其無華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 25阻尼的振蕩幅度都小于有阻尼，并且無阻尼的響應(yīng)快于有阻尼。相間電壓為正弦變化，其啟動轉(zhuǎn)矩較大，啟動電流也較大。（2） 直流發(fā)電機(jī)如圖 。調(diào)整特性：端電壓恒定時，負(fù)載電流與勵磁電流的關(guān)系。通常是隨負(fù)載電流的增大而向下垂。 轉(zhuǎn)矩特性：在其他條件不變時，當(dāng)負(fù)載變化時，電磁轉(zhuǎn)矩隨負(fù)載電流的變化規(guī)律。其數(shù)學(xué)模型如第三章所述。.7.。突然短路后,根據(jù)磁鏈不變原則,電樞繞組各相都產(chǎn)生一個非周期性的直流電流，導(dǎo)致電樞電流增大。F 和 Z 分別產(chǎn)生非周期性直流電流 IF和 IZ,這些電流將產(chǎn)生恒定磁通以抵消 Fa，使得 Fa 只能繞道而行(通過 F 繞組和 Z 繞組的漏磁路閉合), 這條磁路的磁阻很大,要產(chǎn)生一定的電樞反應(yīng)磁通 Fa，就需要很大的電樞電流，所以突然短路電流比穩(wěn)態(tài)短路電流大得多。 ②從瞬態(tài)電流 I到穩(wěn)態(tài)電流 I,這一階段的衰減量(I I)由勵磁繞組中對應(yīng)電流的衰減而引起。表 51 三相短路分析結(jié)果 幅 值 變 化 響 應(yīng) 快 慢 對比項選項 有阻尼 無阻尼 有阻尼 無阻尼定子電流（I d） 變化大 變化小 慢 快轉(zhuǎn)子電流（I fd） 變化大 變化小 慢 快電樞電流（I a） 變化大 變化小 慢 快 由上表的無阻尼的幅值變化小于有阻尼，同時響應(yīng)也快于有阻尼。.3。由于流過電樞各相的電